3D打印出心臟肌泵功能

美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)研究人員在最新一期《循環(huán)研究》雜志上發(fā)表報(bào)告稱，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中用人類細(xì)胞3D打印出了功能正常的厘米級(jí)人體心臟肌泵模型。研究人員稱，這種能夠發(fā)揮正常功能的心臟肌泵模型系統(tǒng)對(duì)于心臟病研究來(lái)說(shuō)具有重要意義，而他們的成果向制造人類心臟這樣的大型腔室模型邁出了關(guān)鍵一步。

使用3D生物打印技術(shù)制造類人體器官組織，是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。此前，明尼蘇達(dá)大學(xué)研究人員曾嘗試?yán)萌祟愓T導(dǎo)多能干細(xì)胞來(lái)打印心臟肌泵模型。他們將多能干細(xì)胞重新編程為心肌細(xì)胞，然后使用專門的3D打印機(jī)在三維結(jié)構(gòu)中打印它們。由于不能達(dá)到使心肌細(xì)胞真正發(fā)揮作用的臨界細(xì)胞密度，他們一直未能創(chuàng)建出具有正常功能的心臟肌泵模型。

此次，研究人員嘗試了一種新方法。他們優(yōu)化了由細(xì)胞外基質(zhì)蛋白制成的專用生物墨水，使其能夠促進(jìn)人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞增殖和心肌細(xì)胞分化，然后將這種生物墨水與人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞混合在一起，使用專門的3D打印機(jī)打印出類心臟腔室的有孔結(jié)構(gòu)。干細(xì)胞首先會(huì)在該結(jié)構(gòu)中擴(kuò)增，不斷提高細(xì)胞密度，然后再原位分化為心肌細(xì)胞。利用這種方法，研究人員在不到一個(gè)月的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了提高心肌細(xì)胞密度的目標(biāo)，從而使心臟肌泵模型具有了正常的心肌功能，能夠像人的心臟一樣跳動(dòng)。

這一心肌模型長(zhǎng)約1.5厘米，是研究人員專門設(shè)計(jì)的。這樣的尺度很適合小鼠模型，可被放置于小鼠腹腔，用于進(jìn)行相關(guān)研究。

研究人員指出，具有正常功能的心臟肌泵模型系統(tǒng)對(duì)于心臟病研究具有重要意義，他們的成果可能會(huì)對(duì)心臟研究產(chǎn)生變革性的影響。新模型會(huì)成為研究心臟功能的寶貴工具，用于追蹤心臟結(jié)構(gòu)在細(xì)胞和分子水平上的變化，研究心臟病藥物和療法的效果。